فصل اول: مقدمه‌ای بر شبکه‌های نظیر به نظیر (peer to peer network)
نظیر به نظیر چیست؟
نظیر به نظیر به هر ارتباط چندگانه، خودگردان دستگاه‌ها که به صورت یکسان عمل می‌کنند اطلاق می‌شود. یک شبکه نظیر به نظیر نوعی شبکه است که در آن ایستگاه‌های کاری هم به صورت یک مشتری (تقاضا کننده داده) ، هم به صورت سرور (عرضه کننده داده) و هم به صورت یک خدمتگزار (عرضه کننده و تقاضا کننده داده) می‌توانند عمل کنند. در شبکه‌های نظیر به نظیر کامپیوترهای موجود در شبکه دارای وظایف و مسئولیتهای معادل و مشابه هستند. به طور مثال کامپیوتر A می‌تواند درخواست یک فایل را از کامپیوتر B نماید. در این وضعیت، کامپیوتر A به عنوان یک سرویس گیرنده ایفای وظیفه نموده و کامپیوتر B به عنوان یک سرویس دهنده رفتار می‌نماید. در ادامه فعالیت، کامپیوترهای A,B می‌توانند دارای وظایف معکوسی نسبت به وضعیت قبل داشته باشند.
(تاریخچه نرم‌افزارهای نظیر به نظیر معمولاً با ارجاع به Napster آغاز می‌شود. Napster مثال معروفی از یک ارتباط یک به یک و یک به چند قدرتمند است که می‌تواند انتظار را ازتکنولوژی کامپیوتری تحقق بخشد. اگر چه ، اگر کمی به عقب باز گردیم، پیامهای فوری (instant message) تجسم ابتدایی نظیر به نظیر بودند. این پیامها نوع متفاوتی از ارتباط را نشان می‌دهند که تلفیقی از نامه دست‌نویس و تلفن است با افزایش ضرورت تماسهای سریع تلفن و گسترش استفاده از پست الکترونیکی، پیامهای فوری چشم‌انداز اینترنت را تغییر دادند.
عضویت درشبکه نظیر به نظیر ، به صورتadhoc و پویا است و تنها نیاز به ایجاد یک مکانیسم و ساختار برای مدیریت و سازماندهی نظیرها است تا در این شبکه‌ها بتوان یک تعاون و همکاری مفید را بین کاربران به وجود آورد.
تکنولوژی نظیر به نظیر، توانایی اشتراک منابع و سرویسهای کامپیوتر شامل اطلاعات ، فایلها، سیکلهای پردازش و ذخایر، باتبادل مستقیم بین سیستمها (بدون استفاده از سرورهای مرکزی) را دارد. تکنولوژی نظیر به نظیر به کاربرانشان اجازه استخراج منابع کم‌مصرف و بیهوده که در هر یک از ایستگاه‌های کاری نگهداری می‌شوند رامی‌دهد. در این نوع شبکه، هر یک از کاربران کنترل منابع خود رابر عهده داشته و می‌توانند به منظوربه اشتراک گذاشتن فایلهای خاص با سایر کاربران، خود رأساً تصمیم‌گیری نمایند. همچنین ممکن است کاربران به منظور دستیابی به منابع اشتراکی، سایر کاربران را ملزم به درج رمز عبور نمایند. با توجه به اینکه تمامی تصمیمات فوق توسط هر یک از کاربران و به صورت جداگانه اتخاذ می‌گردد، عملاً یک نقطه مرکزی برای کنترل و یا مدیریت شبکه وجود نخواهد داشت.
از طرفی شبکه نظیر به نظیر، استفاده از کامپیوترهای نسبتاً قدرتمند در اینترنت است که از آنها تنها برای کارهای بر پایه مشتری استفاده نمی‌شود. نوعاً عملیات انجام شده توسط کامپیوترها از نوع مشتری خدمتگزار است. یک کامپیوتر سرور نوعاً منابع بزرگی دارد و به تقاضای ارسالی برای استفاده از منابع و اطلاعات از سوی کامپیوتر مشتری پاسخ می‌دهد. مشتریان نیز تقاضاهایی رابه استفاده از منابع و اطلاعات برای سرور وارد می‌کنند بهترین مثال برای مدل مشتری / خدمتگزار جستجو در وب است. سرورهای وب در اینترنت معمولاً کامپیوترهایی با اهداف خاص با پروسسورهای بسیار سریع یا حتی چند پروسسور و آرایه‌های بزرگ هارد دیسک هستند. سرورهای وب همه جزئیات و محتویات وابسته به یک وب سایت مانند فایلهای Html ، فایلهای گرافیکی و فایلهای صوتی و تصویری و .. را ذخیره می‌کند و به درخواستهای وارده رسیدگی کرده تا اطلاعات یک صفحه وب خاص را نشان دهند. وقتی یک صفحه درخواست می‌شود، سرور وب صفحه وفایلهای اختصاصی آن رابرای مشتری می‌فرستد.
شبکه نظیر به نظیر، فواید زیر را علاوه بر شبکه‌های مشتری و / خدمتگزار دارد:
1) محتویات و منابع می‌توانند میان مرکز و نودهای شبکه به اشتراک گذاشته شوند، در حالیکه در شبکه‌های مشتری / خدمتگزار اطلاعات تنها در مرکز قرار دارد و هنگام درخواست به کامپیوترهای مشتری ارسال می‌شود.
2) یک شبکه از نظیرها به راحتی توسعه‌پذیر میباشد و قابل اعتمادتر از یک سرور تنها است چون یک سرور تنها می‌تواند یک نقطه خطرساز باشد و یا حتی به یک گلوگاه در هنگام استفاده از شبکه تبدیل شود.
3) یک شبکه از نظیرها می‌تواند با تقویت منابع کامپیوتری برای کارهای توزیع شده کامپیوتری ، پروسسورهای خود را به اشتراک گذاشته، بطوریکه سریعتر از یک شبکه که به یک سوپر کامپیوتر تکیه دارد عمل خواهد کرد.
4) منابع اشتراکی در کامپیوترهای نظیر می‌توانند مستقیماً در دسترس قرار گیرند. سریعتر از آنچه که در فایلهای ذخیره شده در کامپیوتر مرکزی وجود دارد، یک نظیر می‌تواند فایلهایش رابه صورت ذخیره محلی در اشتراک دیگران قرار دهد.
همچنین شبکه نظیر به نظیر می‌تواند مشکلات زیر را حل کند:
1) به منابع محلی اجازه می‌دهد که مستقیماً به اشتراک گذاشته شوند بدون اینکه نیاز به یک سرور واسط باشد.
2) ارتباط چندین باره موثر بدون تکیه بر بنیانIP multicast
پیش از Napster سیستمهای اشتراک فایل و اطلاعات بین کامپیوترها بیش از حد به وب گسترده ، شبکه‌های محلی LAN و تبادل فایلها تحت پروتکل FTP محدود شده بود. زمانیکه سرعت و شیوع کامپیوترهای شخصی (PC) به اندازه سرعت و شیوع ارتباطات اینترنت افزایش یافت، نیاز عمومی به سوی تکنولوژی اشتراک فایل گرایش یافت. Napster اشتراک فایل را شهرت بخشید و آن رابه عنوان یک مولفه چیره و مسلط پهنای باند مشترکان خانگی امروزی اینترنت ساخت.
همچنین لغت نظیر به نظیر به شکبه‌ای از نظیرها (یکسانها) که از اطلاعات و سیستمهای ارتباطی خاص استفاده می کنند اشاره دارد. تعداد دو یا بیشتر از این نظیرها می‌توانند بدون هماهنگ کننده مرکزی با یکدیگر همکاری داشته باشند . در مقابل شبکه‌های مشتری /خدمتگزار، شبکه‌های نظیر به نظیر دارای هزینه کم، خود تنظیم و بدون هماهنگی مرکزی در استفاده از منابع ، تحمل‌پذیری بالا در برابر خطا و پشتیبانی بهتر از ساختمان شبکه‌های adhoc می باشند.
اشتراک منابع کامپیوتری و سرویسها با تبادل مستقیم بین سیستمها دو مشخصه اصلی و کلیدی را درباره سیستمهای نظیر به نظیر می‌دهد:
1) مقیاس‌پذیری: هیچ محدودیت تکنیکی و یا الگوریتمی در اندازه سیستم وجود ندارد به طور مثال پیچیدگی سیستم مقداری ثابت ، صرفنظر از تعداد نودها در سیستم است.
2) قابلیت اعتماد: سوء عمل هر نود در تمام سیستم تاثیر نگذارد (یاحتی روی هر نود دیگر) شبکه‌های اشتراک فایل مانند Gnutella مثال خوبی برای مقیاس‌پذیری و قابلیت اعتماد هستند. در Gnutella ، نظیرها ابتدا به شبکه پوششی زمینه متصل می‌شوند که تمام نظیرها در آن با هم مساوی و برابر هستند. نظیرها مستقیماً و بدون نیاز به نظم و ترتیب خاصی به سرور اصلی متصل می‌شوند. و سوء عمل یک نود سبب سوء عمل نود دیگری می‌شود.
برای ارزیابی یک سیستم نظیر به نظیر پیشنهادی، مشخصات نظیرهایی که شرکت کنندگان در سیستم را انتخاب می‌کنند باید درک و محاسبه شود. برای مثال ، اگر بعضی از نظیرها در سیستم اشتراک فایل، پهنای باند و کم، تاخیر زیاد در ارتباطات گلوگاههای شبکه در اینترنت داشته باشند، سیستم باید در جلوگیری از نمایندگی بخشهای بزرگ اندیسهای توزیع شده به این نظیرها مراقب باشد چون ترس از فشار کاری و ایجاد بخش اندیس غیر قابل دسترس برای بقیه نظیرها ممکن است به وجود آید. به طور مشابه، مدت زمان لازم برای نگهداری ارتباط به بنیان شبکه برای نگهداری داده‌ها یا متاداده‌های اندیس در دسترس باید مورد توجه قرار گیرد. خلاصه، سیستم باید میزان شایستگی یک نظیر منتخب برای کارهای خاص را قبل از نمایندگی صریح یا ضمنی آن کار به نظیر تعیین کند. به طور شگفت‌آوری تا کنون تعداد ساختارهای کمی که با محدودیتهای بالا مطابقت دارند ارزیابی و توسعه یافته اند.
انواع شبکه‌های نظیر به نظیر
سه نوع اصلی اشتراک فایل نظیر به نظیر وجود دارد:
1)ارتباط یک به یک که نوعاً فایلها از یک PC به یک PC دیگر انتقال می‌یابد.
2)ارتباط پیشرفته یک به چند مانند Naspster که در آن یک میزبان می‌تواند با چندین گره ارتباط داشته وفایلهایش را با آنها به اشتراک بگذارد.
3) ارتباط چند به چند که از پروتکل Gnutella استفاده می‌کند مانند Morpheus و Bearshare که می‌توانند به صورت خودکار و گسترده منابع را بین چندین کاربر به اشتراک بگذارند.
چارچوب‌های شبکه‌های نظیر به نظیر:
1) چارچوب مرکزی: اولین نسل نظیر به نظیر یعنی Napster از ساختار شبکه ای مشتری/ خدمتگزار استفاده می‌کرد. سرور مرکزی مانند یک عمل ایستگاه ترافیکی می‌کرد همانطوریکه در شکل 1 نشان داده شده است. سرور مرکزی دایرکتوری فایلهای اشتراکی ذخیره شده در هر نود را نگهداری می‌کند . هر گاه یک مشتری به شبکه وصل و یا از آن خارج می‌شود دایرکتوری بروز خواهد شد . در این مدل تمام پیغامهای کنترل و جستجو به سرور مرکزی فرستاده می شود. سپس سرور مرکزی درخواست جستجوی مشتری رابه وسیله دایرکتوری پایگاه داده‌اش به مرجع آن ارجاع می‌دهد و فایل درخواستی را دانلود می‌کند . فایلهای حقیقی هیچگاه در سرور مرکزی نگهداری نمی‌شوند.این نوع چارچوب کارایی بالایی را فراهم می‌کند.
2) چارچوب غیر مرکزی: نسخه دوم نظیر به نظیر یعنی پروتکل Gnutella یک مدل توزیع شده را به کار می‌برد که در آن هیچ سرور مرکزی وجود ندارد و هر نود موقعیت یکسانی در آن دارد. هر نود به صورت یک خدمتگزار (یعنی به صورت یک نظیر) در شبکه عمل می‌کند. همانطوریکه در شکل 2 بدیهی است، هر نود در چارچوب می‌کوشد که برخی از ارتباطات به سایر نودها (نوعاً بین 4 تا 8 ارتباط) را در هر لحظه نگهداری کند. این مجموعه از ارتباطات ترافیک شبکه را حمل می‌کند که اساساً شامل درخواستها، پاسخ درخواستها و پیامهای کنترلی مختلفی که به کشف سایر نودها کمک می‌کند است.
برای اشتراک فایلهایی که از پروتکل Gnutella استفاده می‌کنند، کاربر به یک کامپیوتر شبکه‌ای که به نرم‌افزار Gnutella مجهز شده است نیاز دارد (nodex) . نود x یک درخواست را برای کامپیوتر دیگری که متصل به شبکه Gnutella است می‌فرستد (nodey) . سپس نود y این درخواست را برای هر کس که به آن متصل است می‌فرستد. اگر چه محدوده این شبکه صورت بالقوه نامحدود است اما این نامحدودی با محدودیت زمان زندگی TTL محدود شده است. زمان زندگی به لایه‌های نودهایی که پیغام درخواست به آنها رسیده است اشاره دارد. پیامهای درخواست با فیلد زمان زندگی فرستاده می‌شوند. ( با اندازه 4 تا 6 ) که توسط نودها ابتدا کاهش می‌یابد و سپس برای نودهای مرتبط دیگر فرستاده می‌شود. اگر پس از کاهش، فیلد TTL به صفر رسید، پیغام به ارتباط دیگری فرستاده نمی‌شود. هر نودی که پیام را دریافت کرده است باید آن را پاسخ گوید (پاسخ شامل نام فایل، اندازه و ... است) و تمام پاسخ‌ها به سرچشمه و منبع درخواست یعنی نود x به وسیله نود y بازگردانده می‌شود. نود x اکنون می‌تواند یک ارتباط مستقیم را به نودهای پاسخ‌دهنده (نود z )ایجاد کند و فایل را دانلود نماید . فایل به صورت مستقیم منتقل می‌شود، بدون مداخله نودهای میانی (دانلود توسط پروتکل‌هایی مانند HTTP انجام می‌شود). این سیستم توسط برنامه‌های پروتکل Gnutella مانند Bearshare و Gnuxleus و Morpheus مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3) چارچوب غیر مرکزی کنترل شده: نسخه دوم نظیر به نظیر یعنی Groove., Grokster, kazaa , fast Track و مشتریان فعلی Gnutella از یک سرور مرکزی و چارچوب‌های غیرمرکزی که به هم پیوند خورده‌اند استفاده می‌کنند. در این مدل پیوندی، نودهای مشخصی در شبکه به عنوان سوپر نود یا فرا نظیر انتخاب شده‌اندو نقش یک پاسبان ترافیکی را برای سایر نودها بازی می‌کنند.
سوپر نودها به صورت پویا پهنای باند و توپولوژی شبکه را تغییر می‌دهند. یک نود مشتری تعداد کمی از ارتباطات بازار نگهداری می‌کند. و هر یک از اارتباطات به یک سوپر نود است. این مسئله تاثیر بسزایی در اندازه شبکه با کاهش تعداد نودهای درگیر در امر مسیریابی و حمل پیام با کاهش حجم ترافیک بین آنها دارد. به دلیل وجود این سوپر نودها، که به عنوان هابهای جستجو هم عمل می‌کنند، سرعت پاسخ‌گویی به درخواست در دو مدل کنترلی و مرکزی قابل مقایسه است . نمونه‌ای از این شبکه در شکل 3 نشان داده شده است.
در مدل غیر مرکزی کنترل شده، هر نود لیستی از فایلهای اشتراکی خود را برای سوپر نود مربوطه‌اش می‌فرستد (نود Y) درخواستهای جستجو به طور مستقیم به نود y اختصاص دارد که او بعداً این پیام را برای سوپر نودها می‌فرستد. هنگامی که یک فایل یافت شد، نود درخواست کننده (نودx) مستقیماً به نودی که فایل مربوطه را دارد متصل می‌شود (نود z) و آن را دانلود می‌کند.
کاربردهای شبکه نظیر به نظیر
تبادل مستقیم سرویس: شبکه‌های نظیر به نظیر می‌توانند سرویسها را با تبادل مستقیم بین نودها به اشتراک بگذارند. سرویسها شامل ذخایر نهان (cache)، ذخایر دیسک، اطلاعات و فایلها هستند. این کاربرد مخصوصاً در Napster از استقبال عمومی زیادی برخوردار شده.
کاربردهای شبکه‌ای کارهای شبکه که به نام کارهای مشترک نیز شناخته می‌شود، نوعی از کارهای نظیر به نظیری است که در آن از سیکلهای استفاده نشده پروسسور برای اهداف عمومی استفاده می‌شود. زمانیکه پروژه Seti@home در 17 می 1999شروع به کار کرد، کاربردهای شبکه جز موضوعات روز شد. Seti@homeیک برنامه Screen saver است که سیکلهای استفاده نشده پروسسور صد هزاران از کامپیوترهای داوطلب را برای تحلیل نتایج جستجوها ورای هوش زمینی را تحت کنترل درآورده و از آن استفاده می‌کند. کارهای شبکه معمولاً در محیطهای عملی، بیوتکنولوژی و محیطهای مالی استفاده می‌شود که در آنها نیاز شدید به کارهای کامپیوتری وجود دارد. بنیان اطلاعاتی توزیع شده: بنیان اطلاعاتی توزیع شده یک مند نظیر به نظیر است که تمام اطلاعات را گرانبها کرده و آنها و سازمانشان را با هم به صورت یک سازمان مجری ذخیره می‌کند. یک سازمان مجازی ممکن است شامل چندین شرکت یا چندین شاخه باشد که به صورت یک واحدبرای رسیدن به یک هدف مشترک تلاش می‌کنند.
بسیاری از شرکت‌ها در صنعت پزشکی و سلامتی، همراه با جستجوهای علمی و بخشهای توسعه یافته، این نوع از کارهای نظیر به نظیر را برای مدیریت، توسعه، و بازیابی داده‌ها و اطلاعات مهم استفاده می‌کنند. بنیان اطلاعاتی توزیع شده یک راه موثر برای محدودیتهای جغرافیایی و سازماندهی است.
شبکه نظیر به نظیر و تامین کننده‌های سرویس
1) سوددهی تامین کننده‌های سرویس: یک تامین کننده سرویس هزینه‌های متفاوتی را در بر دارد که به مشترکان فردی می‌تواند اختصاص یابد. یکی از این هزینه‌های پر اهمیت حق‌العبور اینترنت تامین کننده‌های سرویس است. هزینه حق‌العبور اینترنت یک هزینه متغیر قابل توجه است. بازارهای رقابتی دسترسی به اینترنت می‌خواهند که مشتری دسترسی نامحدودی به اینترنت داشته باشد. تامین‌کننده‌های سرویس، پهنای باند خود را از یک IXC بر پایه میزان پهنای باند مصرفی خود می‌خرند. این مسئله سوددهی سرویس دستیابی به اینترنت در یک نرخ ثابت را کاهش می‌دهد.
2) انتقال مستقیم سرویس- فاکتور همکاری : بر اساس تحلیل داده‌های اینترنت به صورت همکارانه ترافیک شبکه تامین کننده سرویس، به وسیله برنامه‌های اشتراک فایل نظیر به نظیر و پروتکل‌های WWW اشغال شده است. شکل 4 یک ترافیک از ترافیک اینترنت بر شبکه تامین‌کننده سرویس در یک هفته را نشان می‌دهد.
کارهای نظیر به نظیر دو نوع ترافیک شبکه را به وجود می‌آورند. 1) ترافیک سربار شبکه (جستجوها، keep -alive) 2) ترافیک داده (انتقال فایلها )
ترافیک شبکه نظیر به نظیر بخش بزرگی از پهنای باند را مصرف می‌کند در حالیکه استفاده از کارهای نظیر به نظیر در حال افزایش است و بنابراین حق‌العبور تامین کننده سرویس افزایش می‌یابد. در اوج شهرت Napster دانشگاه ایندیانا، تمام برنامه‌های جا به جایی فایل نظیر به نظیر را پس از کشف اینکه این پروتکل مسئول پنجاه درصد از ترافیک شبکه اش است تحریم کرد. به هر حال شبکه نظیر به نظیر به توسعه برنامه‌های کاربردی جا به جایی فایل ادامه می‌دهد. شکل 5
رده‌ای از برنامه های کاربردی که در حال حاضر در دسترس کاربران است را نشان می‌دهد.
در هنگام راه‌اندازی، یک برنامه کاربردی نظیر به نظیر به تعداد دیگری نود نظیر به نظیر متصل خواهد شد که می‌توانند در هر جایی از اینترنت قرار داشته باشند. از آنجایی که هیچ ارتباطی بین ساختار IP شبکه و مدل هزینه وجود ندارد، به ندرت نزدیک‌ترین نظیر در همان شبکه قرار دارد. بنابراین، درصد کمی از نودهای نظیر به نظیر در یک شبکه تامین کننده سرویس می‌توانند به نود دیگر متصل شوند. سازماندهی یک نوع شبکه نظیر به نظیر در شکل 6 نشان داده شده است.
مولفه‌های ارتباط ترافیک نظیر به نظیر شامل تعدادی ارتباط با میزبانهای متفاوت در هر جای اینترنت میباشد. هر ارتباطی تعدادی از پیامهای داوطلب را برای زنده نگهداشتن ارتباط در یک دوره زمانی استفاده می‌کند و مطمئن است که جستجوهای فایل به سرعت انجام می‌شود. این مولفه از شبکه نظیر به نظیر معمولاً به تصادم پروتکل ارجاع دارد. شکل 7 دو نوع مهم ترافیک شبکه نظیر به نظیر را نشان می‌دهد.
یک تصور غلط در شبکه‌های نظیر به نظیر این است که انتقال فایلها مقدار زیادی از پهنای باند مصرفی را اشغال می‌کند. در واقع درصد بزرگی از پهنای باند برای تصادم پروتکل مورد نیاز است. در برخی از پروتکلها، تصادم نظیر به نظیر، پنجاه تا صد و پنجاه کیلوبایت در ثانیه از ترافیک هر نظیر را مصرف می‌کند.
این مسئله به تامین کننده‌های سرویس با اختیارات کم اجازه می‌دهد که هزینه حق‌العبور اینترنت خود را کاهش می‌دهند.راه حل‌های ممکن شامل جا‌به جایی پهنای باند به سرویسهای زنجیری یا پوشش مقداری از پهنای باندبرای برنامه های کاربردی نظیر به نظیر است. اگر چه این مسأله باعث نارضایتی شرکت در شبکه کنندگان می شود.
کاربردهای شبکه نظیر به نظیر
از شبکه‌های نظیر به نظیر می‌توان برای انجام فعالیتهای زیر استفاده کرد:
1) ارتباطات بلادرنگ (RTC)
2) همکاری
3) ارسال محتوا
4) فعالیتهای توزیع شده
5) پیشرفت تکنولوژیهای اینترنت
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 90 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله شبکه‌های نظیر به نظیر
